Стальные вертикальные резервуары низкого давления
для нефти и нефтепродуктов

конструкция, проектирование, эксплуатация и ремонт

2.3.3.4. Ударная вязкость

Как видно из изложенного, в некоторых случаях работы металлических конструкций не исключается возможность хрупкого разрушения; ввиду важности этого вопроса крайне существенно уметь измерять склонность материала к переходу в хрупкое состояние. Эта склонность устанавливается испытанием на ударную вязкость путем определения величины работы, необходимой для разрушения надрезанного образца ударом на копре. В надрезанном образце имеет место неравномерное распределение напряжений с пиковым напряжением у корня надреза (рис. 13); удар еще более увеличивает возможность перехода в хрупкое состояние, и поэтому проба эта является весьма эффективной. Значения ударной вязкости получаются достаточно разнообразными, и потому для получения сравнимых результатов испытания должны про­изводиться на стандартных образцах с четко установленными формой сечения (квадратное сечение с площадью 1 см2) и формой надреза (рис.14).

Ударная вязкость представляет собой удельную работу и имеет размерность кгм/см2. Ударная вязкость зависит от структурного состояния стали (например, от величины зерна) и является очень хорошим показателем качества материала. Поэтому это испытание заслуживает самого широкого распространения.

Рис 13. Распределение напряжений при изгибе бруска с надрезом

Рис.14. Образец для испытания на ударную вязкость 

Ударная вязкость в большой степени зависит от температуры. Имеется интервал температур, в котором ударная вязкость резко падает и не имеет устойчивых значений. За этим интервалом величина ударной вязкости сильно понижается. Эта область называется областью температурной хрупкости (рис. 15). Таким образом, кривая зависимости ударной вязкости от температуры имеет S-образное очертание.

Необходимо, чтобы область температурной хрупкости, а по возможности и интервал падения ударной вязкости, не совпадали с температурами обычной работы стали. Этому требованию отвечают легированные стали, у которых область температурной хрупкости начинается с темпера­туры — 60 - 50°.

Рис.15. Зависимость ударной вязкости от температуры

1 — сталь марки Ст. 3; 2 — сталь марки 15ХСНД: 3 — сталь марки Ст. 3 кп; 4 — сталь MnCu: 5—сталь марки Ст. 3 томасовская; 6 — сталь марки 14Г2: 7 — сталь чарки 15ХГС 

У стали 3 мартеновской кипящей область температурной хрупкости достигает —30°, что, вообще говоря, недостаточно благоприятно. Спокойная мартеновская сталь дает очень хорошие результаты. Вполне благоприятна ударная вязкость термически обработанной стали. У томасовской стали область температурной  хрупкости иногда достигает 15°; в этом состоит один из основных недостатков  этой стали, часто приводящий к ее трещиноватости.

Согласно ГОСТ, ударная вязкость для стали 3 группы А определяется (по требованию заказчика) только при нормальной температуре  (20°) в следующих размерах: для листов (поперек прокатки) 7 кгм/см², для широкополосной стали (вдоль прокатки) 8 кгм/см², для фасонного проката (вдоль прокатки) 10 кгм/см². Для стали 3 подгруппы В, кроме того, может быть произведено определение ударной вязкости после искусственного старения и при температуре —20°, причем ударная вязкость должна быть не менее 3 кгм/см².

Согласно ГОСТ, ударная вязкость для низколегированных сталей определяется (по требованию заказчика) при температуре —40°; при толщине проката до 20 мм она должна быть не менее 3 кгм/см², а для стали 10ХСНД — 4 кгм/см². При больших толщинах значения ударной вязкости устанавливаютсяпо соглашению сторон.